滚珠丝杠副轴向间隙量的调整

付云升 孙宝庆

（大连三洋压缩机整备中心 辽宁大连）

在检修日产松浦机械600VF设备时发现该设备加工精度不良，尤其在加工涡旋齿的Y轴方向。对设备进行相应检测，发现Y轴反向间隙过大，实际检测值0.07 mm。该设备为4轴联动精加工用设备，加工工件精度要求±0.015 mm。在输入系统电器参数补正反向间隙量后，加工精度仍出现不稳定情况。经综合分析，主要原因为Y轴丝杠轴向窜动量过大影响，决定对设备Y轴做全面检修。一般来说，丝杠部分的轴向窜动量由5部分组成。

（1）丝杠的丝杆、滚珠、螺母之间的间隙量；（2）丝杠支持轴承的外环、滚动体、轴承内环之间的间隙量；（3）丝杠两端轴承座在受力后产生的轴向位移量；（4）丝杠与伺服电机联轴器的间隙量；（5）伺服电机的旋转定位精度。

从机械方面入手，可调整的有3部分，滚珠丝杠与螺母的间隙量，丝杠两端轴承的间隙量，丝杠与伺服电机联轴器的间隙量。考虑到设备使用年限已久，8年未进行全面检修，决定将两端支撑轴承30TAC62BSUC10PN7B以及膜片式A3-20-YN-35S40/28S32联轴器更换，对Y轴丝杠副进行预压量调整，以减小反向间隙量；为确保丝杠副的预压量准确，首先对丝杠和螺母的间隙做出精准检测。该设备Y轴机械传动部分示意图见图1。

在图1的位置1、2、3处分别安装千分表，反复换向转动丝杠，观察各表指针变化情况。实测时，1号表指针始终为零，说明设备本体及轴套部分刚性良好，3号表读数0.01 mm，（该项精度检测时，检测钢球质量不能太大，过重的钢球受重力影响导致检测数据不准确，实测时使用的是80BNC轴承拆卸下的直径9.5 mm氧化锆陶瓷球）。2号表正反向换向空程读数为0.06 mm。初步判定丝杠支持轴承磨损，导致轴向窜动0.01 mm左右，丝杠丝母座与丝杠、滚珠与螺旋线磨损，导致0.06 mm左右间隙。更换两侧支撑轴承后（轴承外圈安装采用预压0.03 mm），发现3号表的指针基本不动，说明因支撑轴承造成的轴向间隙已经调整合适。2号表读数在0.055 mm，该项检测数据反映滚珠丝杠副的丝杠、滚珠、丝母的总间隙，由于长期使用已经磨损变大，可用调整滚珠丝杠副预压量的方法减小间隙。加预压的目的在于消除轴向间隙且降低因轴向力造成的弹性位移，亦可改善滚珠螺杆刚性（避免失步）。因滚珠螺杆承受轴向负荷，针对有预压牙型的设计通常为歌德式，此牙型具有独特的钢珠与珠槽接触方式，能消除任何可能的轴向间隙并能增加刚性。

图1 Y轴机械传动部分示意图

图2 歌德式牙型与预压力关系

歌德式牙型珠槽（图2）能产生约45°的钢珠接触角。由外部驱动力及内部预压力产生轴向力Fa能产生两种间隙，一种是钢珠与珠槽间制造余隙所产生的正向间隙Sa，另一种是由垂直于接触点的正向力Fn所产生的弹性变形Δl，由制造余隙所产生间隙能由内部预压力P消除，此种预压力可由双螺母、偏移节距的单螺母或以钢珠大小调整预压的单螺母产生。根据设备双螺母丝杠副的结构特点，采用拉伸预压法，即由过厚的丝母调整环，有效地挤压分开丝母，使丝母中段导程有δ值的偏移，来减小滚珠丝杠副的轴向间隙量。最简单的方法就是在其中增加垫片，即增加调整环厚度。实际施工时，将0.05 mm厚的垫片剪成环状安装在调整环与丝母之间。安装完毕后重新检测，2号千分表有明显变化，由调整前的0.055 mm变为0.004 mm，剩余的0.004 mm间隙通过设备参数进行电气校正。反复调整设备Y轴反向间隙参数，实际检测数据时，在Y轴反向间隙控制参数（#1552）输入6时（代表反向间隙补正0.006 mm），设备换向最灵敏且未出现超调现象。开机进行实际加工检验，设备加工精度明显改善，根据50台加工数据值抽样检测，制成能力指数CPK值为1.76，完全可以保证生产精度要求。至此，Y轴丝杠副间隙量调整完毕。